L'architecte Abadie, inspire par le style Romano-Byzantin, dessina les domes allonges en forme d'œuf, le dome central est surmonte du clocher qui abrite du haut de ses quatre-vingt metres la fameuse cloche de 19 tonnes "La Savoyarde". La blancheur eclatante de ce monument construit en pierres de Chateau-Landon, qui blanchit avec l'age, en fait un des principaux points de repere du panorama parisien.

Les galeries souterraines de la carriere de gypse exploitees depuis l'epoque Gallo-Romaine dans la colline de Montmartre rendirent les travaux de fondation d'autant plus delicats.